Adsorpsi Air dari Campuran Uap Etanol-Air dengan Zeolit Sintetis 4A dalam Packed Bed dalam Rangka Produksi Fuel Grade Ethanol

https://doi.org/10.22146/jrekpros.30344

Handrian Handrian(1*), Wahyudi Budi Sediawan(2), Aswati Mindaryani(3)

(1) Universitas Pembangunan Nasional "Veteran" Yogyakarta
(2) Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Jl. Grafika No.2 Kampus UGM, Yogyakarta, 55281
(3) Departemen Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Gadjah Mada Jl. Grafika No.2 Kampus UGM, Yogyakarta, 55281
(*) Corresponding Author

Abstract


Ethanol can be used as fuel if it has a purity of 99.5%, while ethanol distillation will stop at its azeotrop point, ie at 95.6%. Adsorption of molecular sieve is one of the methods to obtain ethanol with level above the azeotropic point. Adsorbent that serves as molecular sieve is synthetic zeolite 4A. The adsorbent has a pore diameter of 3.9 Ǻ, then water and ethanol each has a molecular diameter of 2.75 Ǻ and 4.4 Ǻ. Hence the adsorbent is selective against the ethanol-water mixture. The purpose of this research is to obtain ethanol above its azeotropic point and to study the relationship between the influence of flow rate (Vz) and temperature (T) to changes in the number of mass transfer coefficient (kc), radial diffusivity (Der) and henry constants (H') which can be used as parameters in the design of adsorption tools on a commercial scale.This experiment was conducting by weighing zeolite 4A as much as 100 grams, then compiled and measured the height on packed bed column adsorbent. The heating regulator is switched on and set to a constant temperature of 80, 85, 90, 95 and 100 0C. Ethanol 95.61% with 250 ml volume is put into three-neck flask, then heat to evaporate. Turn on the cooling back and adjust the amount of formed vapor rate by adjusting the faucet opening and the degree of voltage in the heating mantle. The magnitude of the vapor flow rate is set at 2, 4 and 6 liters / minute. The products is accomodated and samples were taken every minute to analyze the ethanol content.This adsorption process gives the highest yield of ethanol with 99.40% content. The steam flow rate of 2 lpm and the temperature of 800C is the optimum combination in this research because much of the water vapor adsorbed on the 4A zeolite grain is 7.93 grams. The numerical calculation provides the result that the value of Der in this experiment is 1.59.10-3 cm2 / men, and the relation of kc are the function of reynolds and H'  the function of temperature are as follows:

 kc = 7,95.10^-3.(Re)^0,1639 and H' = 4,47.10^-3.exp(2565,26/T)

 

ABSTRAK

Etanol dapat digunakan sebagai bahan bakar jika memiliki kemurnian 99,5%, sedangkan dislitasi etanol akan terhenti pada titik azeotropnya, yaitu pada 95,6%. Adsorpsi molecular sieve adalah salah satu metode untuk memperoleh etanol dengan kadar diatas titik azeotrop. Adsorbent yang berfungsi sebagai molecular sieve adalah zeolit sintetis 4A. Adsorbent ini memiliki diameter pori sebesar 3,9 Ǻ, lalu air dan etanol masing-masing memiliki diameter molekul 2,75 Ǻ dan 4,4 Ǻ. Maka dari itu adsorbent bersifat selektif terhadap campuran etanol-air. Penelitian ini bertujuan untuk memperoleh etanol diatas titik azeotropnya serta mempelajari hubungan pengaruh laju alir (vz) dan suhu (T) terhadap perubahan harga koefisien transfer massa (kc), difusivitas radial (Der) dan konstanta henry (H’) yang bisa digunakan sebagai parameter dalam perancangan alat adsorpsi pada skala komersial. Percobaan ini dilakukan dengan cara menimbang zeolit 4A sebanyak 100 gram, lalu disusun  dan diukur tingginya pada packed bed columnadsorbent. Regulator pemanas dinyalakan dan diatur suhunya sampai konstan pada 80, 85, 90, 95 dan 1000C. Etanol 95,61% dengan volum 250 ml dimasukkan ke labu leher tiga, lalu dipanaskan sampai menguap. Pendingin balik dinyalakan dan diatur besarnya laju uap yang terbentuk dengan mengatur bukaan kran dan derajat voltase pada heating mantle. Besarnya laju aliran uap diatur pada 2, 4 dan 6 liter/menit. Produk ditampung dan diambil tiap menit sebagai sampel untuk dianalisis kadar etanolnya. Proses adsorpsi ini memberikan hasil tertinggi berupa etanol dengan kadar 99,40%. Laju alir uap 2 lpm dan suhu 800C adalah kombinasi yang optimal dalam penelitian ini karena banyak uap air yang teradsorpsi pada butir zeolit 4A yaitu 7,93 gram. Perhitungan secara numeris memberikan hasil bahwa nilai Der pada percobaan ini adalah 1,59.10-3 cm2/men, serta hubungan kc fungsi reynolds dan H’ fungsi suhu berturut-turut adalah sebagai berikut:


kc=7,95.10-3..vz.D0,1639dan H'=4,47.10-3.e2565,26T


 


Keywords


Adsorption; molecular sieve; packed bed; zeolite 4A

Full Text:

PDF


References

Abu-Lail L., Bergendahl, J. A., and Thompson, R.W., 2014, Mathematical modelling of chloroform adsorption onto fixed-bed columns of highly siliceous granular zeolites, Enviromental Progress & Sustainable Energy, 31 (4), 591-596.

Castellan, G.W., 1982, Physical Chemistry, 3rd Ed, p. 427, Addison-Weasley Publising Company, Inc, New York.

Cheknane, B., Baudu, M., Bouras, O., and Zermane, F., 2016, Modelling of basic green for dynamic sorption onto granular organo-inorgano pillared clays (GOICs) in column reactor, Chem. Eng. J., 209, 7-12.

Díaz, J.C., Gil-Chávez, I.D., Giraldo, L., and Moreno-Piraján, J. C., 2010, Separation of ethanol-water mixture using type-A zeolite molecular sieve, E. J. Chem., 7, 483-495.

Flanigen, E.M., 1991, Zeolite and Molecular Sieves an Historical Perspective,  New York : Elsevier Science.

Foo, K.Y. and Hameed, B. H., 2010, Review insight into the modelling of adsorpstion isoterm system, Chem. Eng. J, 156, 2-0.

Ivanova, E., Damgaliev, D., and Kostova, M., 2009, Adsorption separation of ethanol-water liquid mixtures by natural clinoptilolite, J. Univ. Chem. Technol. Met., 44, 267-274.

Khaidir, 2011, Modifikasi Zeolit Alam Sebagai Material Molecular Sieve dan Aplikasinya Pada Proses Dehidrasi Bioetanol: Sekolah Pascasarjana Institut Pertanian Bogor. Bogor.

Kohl, S., 2004, Ethanol Dehidration: Ethanol Today, Edition March 2004.http://www.ovsclub.com

Mardina, P.,  2007,  Menentukan koefisien transfer massa dan diffusvitas efektif dari proses dekolorisasi zat warna,  Info Teknik, Volume 8, 29-41.

Mortimer, M. and Taylor P., 2002, Chemical Kinetics and Mechanism, RSC, Cambridge

Novitasari, D., Kusumaningrum, D., dan Kusworo, T.D., 2012, Pemurnian bioetanol menggunakan proses adsorbsi dan distilasi adsorbsi dengan adsorbent zeolit, jurnal teknologi kimia dan industri, Vol. 1, No. 1., 534-539.

Perry, R.H., and Green, D.W., 1997, Perry’s Chemical Engineers’ Handbook, 7th Edition, Mc Graw-Hill Co, New York, p.1128, 1490-1497, 1534-1537.

Rutz, D. and Janssen, R., 2008, Biofuel Technology Handbook, WIP Renewable Energy, Munchen, p.55.

Sediawan, W. B. dan Prasetya, A., 1997, Pemodelan Matematis dan Penyelesaian Numeris dalam Teknik Kimia dengan Bahasa Basic dan Fortran, Ed. 1, ANDI, Yogyakarta.

Setyadji, M., Masduki, B., Herhady, D., dan Wasito, B., 1996, Simulasi Perhitungan Koefisien Perpindahan Massa dan Diffusivitas Efektif Aksial Uranium pada Pemisahan Uranium dari Hasil Belah dengan Cara Pertukaran Ion, Pusat Penelitian Nuklir, Yogyakarta.

Silvia, M. dan Darmawan, R., 2012, Pengambilan Air dari Sistem Isopropil Alkohol-Air dengan Distilasi Adsortif Menggunakan Zeolit Alam dan Silika Gel, Universitas Diponegoro, Semarang.

Sutarti, M. dan Rachmawati, 1994, Zeolit Tinjauan Literatur, Pusat Dokumentasi dan Informasi Ilmiah, LIPI, Jakarta.

Treyball, R.E., 1981, Mass Transfer Operation, 3rd Edition. John Wiley and Sons, Inc. New Jersey. p.11,157,158,186,187.



DOI: https://doi.org/10.22146/jrekpros.30344

Article Metrics

Abstract views : 1522 | views : 2368

Refbacks

  • There are currently no refbacks.




Copyright (c) 2017 Jurnal Rekayasa Proses

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.

Jurnal Rekayasa Proses  (print ISSN 1978-287X; online ISSN 2549-1490) is published by Chemical Engineering Department, Faculty of Engineering, Universitas Gadjah Mada. View website statistics.